KR100363189B1

KR100363189B1 - 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강의 제조방법

Info

Publication number: KR100363189B1
Application number: KR10-1998-0056289A
Authority: KR
Inventors: 홍순택
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR20000040619A

Abstract

본 발명은 심해구조용, 장갑판재, 포재료, 로켓트 모타케이스, 랜딩기어, 무기시스템 등에 사용되는 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 미량의 니오븀(Nb)을 첨가하고 직접소입(Direct Quenching)을 적용시켜 종래의 제조방법에 비해 압연후 2회의 재가열 및 소입공정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 고가인 Co 함량의 하한관리 범위를 넓혀 저렴하게 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강을 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 중량%로 C :0.10-0.14%, Mn :0.05-0.25%, Si:0.1%이하, Ni:9.5-10.5%, Co: 6.0-8.5%, Cr:1.8-2.2%, Mo:0.9-1.1%, Ti:0.04%이하, Nb:0.01-0.04%, P:0.008%이하, S:0.005%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1,150-1,300℃에서 가열한 후 각 압연 패스당 10-30%의 압하율 및 750-900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연한 직후 30초 이내에 냉각을 개시하여 5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 수냉한 다음, 480-530℃에서 템퍼링을 실시하는 것을 포함하여 이루어지는 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

항복강도 120ｋｇｆ/㎟급 초고장력강의 제조방법{A METNOD OF MANUFACTURING 120kgf/㎟ GRADE ULTRA HIGH STRENGTH STEEL}

본 발명은 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 미량의 니오븀(Nb)을 첨가하고 직접소입(Direct Quenching)을 적용시켜 종래의 제조방법에 비해 압연후 2회의 재가열 및 소입공정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 고가인 Co 함량의 하한관리 범위를 넓혀 저렴하게 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 심해구조용, 장갑판재, 포재료, 로켓트 모타케이스, 랜딩기어, 무기시스템 등에는 주로 항복강도 120kgf/㎟급 고장력강이 사용되고 있다. 종래의 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강은 다음과 같은 방법에 의해 제조되고 있다. 중량%로 C : 0.10-0.14%, Mn : 0.05-0.25%, Si : 0.1%이하, Ni : 9.5-10.5%, Co : 7.5-8.5%,Cr : 1.8-2.2%, Mo : 0.9-1.1%, Ti : 0.04%이하, P : 0.01%이하, S : 0.006%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1,200℃이상에서 충분히 가열한 후 약 950℃부근의 마무리압연온도조건으로 열간압연하고, 이어 상온까지 공냉한 다음, 900℃로 재가열(오스테나이트화 열처리)하여 1시간 유지후 수냉하고 다시 840℃로 재가열하여 1시간 유지 후 수냉을 실시하는 2회의 반복된 재가열처리 한후 480-530℃에서 템퍼링을 실시하여 제조되어진다.

이러한 종래의 제조방법은, 압연후 2회의 재가열 및 소입공정으로 인해 제조비용이 상승되는 문제가 있으며, 고가의 합금원소인 Co를 적어도 7.5%이상 첨가해야하는 단점이 있다.

본 발명은 직접소입의 적용에 의해 2회의 재가열(오스테나이트화) 열처리를 생략하여 종래의 재가열제조법에 비해 제조 경비를 대폭적으로 줄임과 동시에 고가인 합금원소 Co를 줄여줄 수 있는 경제적인 고장력강의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 발명강과 종래강의 강도를 비교한 그래프

도 2는 발명강과 종래강의 저온 충격인성을 비교한 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고장력강 제조방법은, 중량%로 C :0.10-0.14%, Mn :0.05-0.25%, Si:0.1%이하, Ni:9.5-10.5%, Co: 6.0-8.5%, Cr:1.8-2.2%,Mo:0.9-1.1%, Ti:0.04%이하, Nb:0.01-0.04%, P:0.008%이하, S:0.005%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1,150-1,300℃에서 가열한 후 각 압연 패스당 10-30%의 압하율 및 750-900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연한 직후 30초 이내에 냉각을 개시하여 5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 수냉한 다음, 480-530℃에서 템퍼링을 실시하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 미량의 Nb을 필수적인 합금원소로 첨가하여 강의 압연후 재결정온도를 높여주어 미재결정 압하를 충분히 가할 수 있도록 하고, 이러한 미재결정 압하로 제어압연효과를 증대시켜 많은 전위의 도입으로 강도를 상승하도록 하는데, 이는 Nb의 기여하는 작용이다. 따라서, 강의 템퍼링시 전위의 회복지연을 위해 다량 첨가되는 Co의 첨가량을 줄여줄 수 있는 효과를 갖게 되는데, 이러한 본 발명의 특징은 기타 합금성분의 조절과 함께 그 제조조건의 유기적인 연결로 달성되는 바, 이를 구분하여 설명한다.

[강슬라브 성분]

상기 C는 소정의 강도를 확보하기 위해 0.10%이상 첨가되어야 하며, 0.14% 이상 첨가시는 용접성을 해치며 탄화물 형성 이외의 고용 C에 의해 인성이 연화되므로 0.10-0.14%범위로 제한한다.

Mn은 강도의 증가를 위해 0.05%이상 첨가하나 0.25%이상으로 필요이상의 첨가는 MnS와 같은 개재물의 형성으로 인성을 저하시키므로 0.05-0.25%의 범위로 제한한다.

Si는 탈산작용을 하고 Mn과 같이 강도향상에도 어느정도 효과가 있지만 과대한 SiO₂등의 산화물을 형성하여 인성을 해칠 우려가 있으므로 0.1%이하로 제한한다.

Ni은 저온인성을 향상시키는 합금원소이지만 고가인 관계로 9.5-10.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Co는 2차 강화형 합금에서 매우 중요한 합금원소로 lath martensite 기지의 전위회복을 지연시켜 미세한 M₂C 탄화물의 석출을 조장시켜 강도의 향상에 지대한 작용을 한다. 본 발명에서 미량 Nb의 첨가로 재결정온도를 높여주어 직접소입의 최대효과를 도모하므로 Co의 하한관리 범위를 넓혀줄 수 있으나 6.0%이하의 첨가는 강도의 확보가 어렵고 고가인 관계로 6.0-8.5%로 제한한다.

Cr은 M₂C 탄화물에 직접 관계하는 합금원소로 이를 위해 1.8% 이상 첨가하여야 하며 너무 과다한 첨가는 용접성을 해치므로 1.8-2.2%로 한정한다.

Mo는 Cr과 같이 M₂C 탄화물의 석출에 직접 관련된 합금원소로 이를 위해 0.9% 이상 첨가되어야 하며 고가이므로 0.9-1.1%로 제한한다.

P는 충격인성을 해치고 소려취성을 유발시키는 원소이므로 그 함량은 0.008%이하로 제한하는 것이 유효하다.

S는 충격인성과 용접성을 해치는 원소이므로 0.005%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti는 미세한 TiC의 석출을 일으켜 강도를 증가시키고 용접부 인성의 저하를 방지할 수 있는 합금원소이다. 그 함유량이 0.04% 이상으로 첨가되면 TiO₂등과 같은 불필요한 개재물의 형성을 조장시키므로 0.04% 이내로 한정한다.

Nb은 본 발명의 핵심적 원소로서 재결정온도를 증가시켜 압연시 제어압연효과를 증대시켜 많은 전위의 도입으로 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 그 함유량이 0.01%이하로 되면 재결정온도의 상승효과를 기대할 수 없고, 0.04% 이상의 첨가는 과도한 NbC 등의 불필요한 탄화물을 조장시키므로 0.01-0.04%의 범위로 한정한다.

[제조조건]

상기와 같이 조성되는 강슬라브를 열간압연하기 위해 1,150∼1,300℃의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다. 이는 가열온도가 1,150℃이하의 경우 압연종료온도를 낮추기 어렵고, 1,300℃이상으로 가열되면 결정립의 이상성장을 초래하여 강의 인성을 저하시키기 때문이다.

상기와 같이 가열하고 이어 열간압연하는데, 이때는 각 압연패스당 압하율을 10∼30%로 하고 마무리압연(미재결정 온도구간에서의 압연)하며, 마무리압연온도(압연종료온도)는 750∼900℃로 한다. 각 압연 패스당 압하율이 높을수록 강도와 인성을 개선하는 효과를 가지므로 적어도 10%의 압하율로 하나 30% 이상의 압하는 저온구역에서 압연설비의 과부하를 초래할 수 있으므로 각 압연패스 당 압하율은 10-30%로 압연종료시 까지 연속압연하는 것이 바람직하다. 또한, 마무리압연온도가 750℃이하인 경우 압연설비의 과부하를 초래할 수 있고, 900℃이상의 압연종료온도는 재결정 온도구역이므로 강도를 저하시킬 우려가 있다.

상기와 같은 조건으로 열간압연하고 이어 냉각하는데, 이때 마무리압연(미재결정온도구간에서의 압연)후 냉각까지의 유지시간이 길어지면 상기 마무리압연동안 축적된 가공에너지가 회복되며, 재결정되어 미재결정 압하효과가 떨어지게 된다. 즉, 열간압연 종료후 유지시간이 짧을수록 미재결정 압하효과를 크게 할 수 있으며, 반면 시간이 너무 길어지면 미재결정 압하효과가 줄어들므로 상기 압연종료후 유지시간은 30초 이내로 한정하는 것이 효과적이다. 압연종료후 냉각속도는 빠를수록 강도의 확보측면에서는 유리하지만, 제조시 후판냉각의 최대범위인 50℃/sec를 그 상한으로 5℃/sec 이하의 냉각속도는 강도의 확보에 불리한 베이나이트와 같은 조직의 생성이 우려되므로 냉각속도는 5-50℃/sec 로 제한하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 직접소입후 템퍼링온도는 강도 및 인성의 확보를 위해 적절한 온도범위내에서 관리가 필요하다. 2차 강화형 고장력강은 어느 특정온도 구역에서 최대의 강도를 나타내는 것이 일반적인 현상이다. 템퍼링 온도가 480℃ 이하 및 530℃이상의 온도에서는 강도의 확보가 불가능하므로 템퍼링온도는 480-530℃로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다

[실시예]

아래 표 1의 발명강과 종래강을 표 2의 조건에 따라 제조한 다음, 강의 기계적성질을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

강종	화학조성(중량%)
강종	C	Mn	Si	P	S	Ni	Co	Cr	Mo	Ti	Nb
종래강1	0.12	0.12	0.05	0.004	0.003	10.2	8.0	2.1	1.02	0.015	-^*
발명강A	0.12	0.15	0.06	0.004	0.004	9.8	6.5	1.9	0.98	0.020	0.032
발명강B	0.11	0.10	0.04	0.005	0.003	9.7	7.0	2.0	1.05	0.020	0.025
* 발명의 조건을 벗어난 것임

구분	제조공정	FRT (℃)	CR (℃/sec)	HT (sec)	템퍼링온도(℃)	YS (kgf/㎟)	TS (kgf/㎟)	vE₈₅(J)
발명재A1	발명강A	직접소입	800	10	20	490	122.5	161.8	79.6
발명재A2			800	10	20	510	125.0	165.1	78.5
발명재A3			850	30	10	520	123.4	162.0	70.8
발명재B1	발명강B		800	30	30	500	126.4	164.7	75.3
발명재B2			850	10	10	510	125.2	165.0	73.5
발명재B3			900	20	20	510	127.0	168.0	74.4
발명재B4			900	20	20	530	121.1	160.3	70.5
종래재1	종래강	2회재가열소입	900	수냉	-	490	121.5	159.0	71.5
종래재2						510	124.8	164.8	71.0
종래재3						530	122.0	163.5	72.5
FRT:압연종료온도, CR:냉각속도, HT:압연종료 후 유지시간, YS:항복강도,TS : 인장강도, vE₈₅: -85℃충격 에너지

표 1에는 Nb를 첨가하지 않은 종래강과 종래강의 기본조성계에 재결정온도를 상승시켜 제어압연효과를 극대화 할 수 있는 합금원소인 Nb를 첨가하고 고가인 Co 첨가량을 약 1% 이상 낮춘 발명강의 화학조성을 나타낸 것이다.

표 2에서 알 수 있듯이, Nb의 미량원소를 함유하지 않고 재가열 소입 공정에 의해 제조되어지는 종래강의 경우 항복강도 120kgf/㎟급 및 인장강도 160kgf/㎟급 고장력강을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 미량의 Nb을 첨가하고 고가인 Co 함량을 1%이상 낮게 첨가하고 직접소입 공정을 적용시킨 발명강(A)(B)의 경우 종래강에 비해 항복강도 및 인장강도 모두 동등한 값을 가지며, 동시에 -85℃충격인성도 동등수준인 약 70Joules 정도를 보이고 있다.

이와 같이, 발명강의 경우 직접소입에 의해 900℃ 및 840℃로 재가열하는 2회의 반복된 재가열처리 공정을 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화는 물론 고가인 Co 첨가량을 1%이상 하향관리가 가능한 경제성을 갖는 제조법임을 알 수 있다.

본 발명에서 2회의 재가열 열처리의 생략과 고가인 Co의 첨가량을 낮추어도 동일한 강도와 인성의 확보는 다음과 같은 메카니즘으로 이해될 수 있다. 직접소입에 의해 합금원소의 고용도 증대와 압연후 곧바로 소입처리함에 의해 전위 밀도 및 공공의 증가로 강도의 상승을 초래하였으며, 또한 미재결정 압하에 의한 유효결정립의 미세화에 의한 인성의 확보에 의해 좋은 강도-인성의 관계를 갖게 된다. 또한 템퍼링과정에서 미세한 M₂C 및 Nb(Ti)C의 복합탄화물의 석출이 강도의 확보를 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 2회의 반복된 재가열처리 공정을 생략할 수 있으므로 제조공정의 단순화는 물론 고가인 Co 첨가량을 1%이상 하향관리가 가능한 경제적인 고장력강의 제조방법을 제공하는 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로 C:0.10-0.14%, Mn:0.05-0.25%, Si:0.1%이하, Ni:9.5-10.5%, Co:6.0-8.5%, Cr:1.8-2.2%, Mo:0.9-1.1%, Ti:0.04%이하, Nb:0.01-0.04%, P:0.008%이하, S:0.005%이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강 슬라브를 1,150-1,300℃에서 가열한 후 각 압연 패스당 10-30%의 압하율 및 750-900℃의 마무리압연온도조건으로 열간압연한 직후 30초 이내에 냉각을 개시하여 5-50℃/sec의 냉각속도로 상온까지 수냉한 다음, 480-530℃에서 템퍼링을 실시하는 것을 포함하여 이루어지는 항복강도 120kgf/㎟급 초고장력강의 제조방법.